基于5G 技术的配电物联网通信技术研究

（国网河南省电力公司淇县供电公司，河南 鹤壁 456750）

引言

配电物联网是利用互联网连接各种电力通讯设备，以此减少电能功耗，实现通讯交互功能的技术，配电物联网通信技术的应用，给人们的生产生活带来了极为深远的影响，各种电力设备采用蜂窝技术进行连接，如2G、3G、4G 等，而5G 技术则是蜂窝技术的又一次革新成果，其属于一种新兴的移动无线网络技术，并于2020年开始在商业领域中进行正式部署，国际电信联盟（ITU）更是从8 个指标提出5G 技术的应用要求，即移动性能、连接密度、基站峰值速率、频谱效率、时延、用户体验速率、流量空间容量以及频谱效率，这使得配电物联网的通信速率能够达到现有基础的10 至100 倍，而其传输速率的峰值更是高达10Gbit/s，其端至端所产生的时延则达到 ms 级，并且流量密度也将提高至千倍以上，连接设备密度也能达到10 至100 倍，其频谱效率也将提高到现有效率的5 至10 倍。

一、配电物联网通信技术

物联网是以互联网技术为基础的一种新兴技术领域，其能够打破时空的限制，使物与物、人与物和人与人之间能够建立紧密的联系，而配电物联网便是电力领域中对物联网技术的一种全新应肜。在配电物联网大规模部署过程中，只需花费很少的成本，即可实现对大数量电力设备的有效连接，并且配电物联网的覆盖面积非常大，人们能够通过配电物联网来实时获取这些连接设备的各种信息，以便于实现对电力系统的高效管理。在配电物联网中，其关键是发展蜂窝网络技术，现阶段，大部分网络连接都采用短距离或固定通信标准，以往的短程无线网络技术采用M2M 通信来支持短距离通信，如ZigBee、蓝牙以及低功耗Wifi 等。不过，上述短程连接技术有很多局限性，难以在配电、工业等领域进行物联网应用。LPWA 技术的覆盖范围非常广，而且能源效率、数据速率以及信道带宽都较高，其能耗也比较低，这些应用优势使其非常适合在配电物联网中进行应用。LoRa 以扩频技术为核心，其具有功耗低、成本低、传输距离远以及连接节点多等诸多应用优势，这使其成为配电物联网中一种适用于超远距离通信的无线传输方案。SigFox 通过超窄带技术来对配电物联网中的无线网络进行建设，能够为配电物联网提供端到端连接解决方案。对于NB-lot 以及eMTC 来说，其均属于窄带LTE 技术，相比于LTE 网络而言，其可使传输速率得到大幅降低的同时，使配电物联网中的设备能够以低数据速率进行连接。也就是说，NB-lot 的带宽在200KHz 左右，eMTC 的带宽则为1.4MHz。并且，当流量数据的传输速率在100kbps 以内时可采用NB-loT，而当流量数据的传输速率达到1Mbps 时，则可采用eMTC。

二、5G 技术

在5G 技术中，其核心技术主要有两种，一种是高密度无线网络技术，另一种则是高效能无线传输技术。在配电物联网通信系统中，通过多天线技术的应用，可使信系统的数据传输可靠性以及频谱效率得以大幅提高。此外，在5G 技术中，滤波器技术，即FBMC 技术也是一种重要的技术之一，该技术采用合成滤波器组来对发射端中的多载波进行调制，然后通过分析滤波器组来对接收端中的多载波进行解调。与正交频分复用技术，即OFDM 技术相比，其各个子载波均配置有相应的滤波器，从而使子载波产生的相互干扰得以有效消除。在无线网络技术中，C-RAN 技术、网络功能虚拟化NFV 技术、自组织网络SON、软件定义网络SDN、超密集网络技术UDN 以及Multi-RAT 技术等均属于5G 网络架构中可进行选择的关键技术。其中C-RAN 技术是一种具备集中化处理、实时云计算以及协作式无线电功能的无线接入网架构。而对于网络功能虚拟化，即NFV 技术来说，可实现软硬件解耦，进而有效摆脱了网络对专用硬件的依赖，使网络资源能够灵活而高效的共享，配电物联网的自适应性及弹性也能得以显著增强。

三、5G IoT 关键技术

在5G 技术中，NFV 技术的目的是使网络具备可扩展性，其能够将配电物联网按照若干虚拟网络进行划分，而这些虚拟网络均可配置相应的设备。在5GloT 技术中，其数据传输可采用D2D 来实现短程通信，这可使5Glot 的功耗得以降低，使负载更趋于平衡，进而使边缘用户能够获得更佳的Qos。这也使D2D 通信正越来越受到人们的欢迎，D2D 还能在NB-lot 上行链路中进行扩展，借助于NB-loT 能够对路由蜂窝链路进行建立。在配电物联网中，能够将移动NB-lot 用户设备和D2D 进行搭配使用。

结语

总而言之，5G 技术正变得日益成熟化，在2020 年，我国将正式在商业领域中应用5G 网络，而5G 网络中的诸多关键技术则能够有效满足各个领域中的物联网应用要求，进而使物联网突破原有的技术瓶颈。当然，5GloT 还有一些技术问题亟需解决，只有解决这些问题，才能使其应用价值得到充分的发挥，进而更好推动配电物联网的发展。